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本文作者：馮躍文1劉學(xué)飛1李中明2蔡書慧1作者單位：1中國(guó)地質(zhì)大學(xué)地質(zhì)過(guò)程與礦產(chǎn)資源國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室2河南省地質(zhì)調(diào)查院

鋁土礦礦物學(xué)

1礦物組成

文章應(yīng)用X衍射分析(XRD)對(duì)部分典型樣品(Mgg－5、Mgg－9、Mgg－14、Mgg－15)進(jìn)行了測(cè)試研究。全巖X衍射分析在中石油勘探開發(fā)科學(xué)研究院實(shí)驗(yàn)中心粉晶衍射室完成。儀器型號(hào)為日本理學(xué)D/Mac－RC，試驗(yàn)條件:靶:CuKα1，電壓:40kV，電流:80mA，石墨單色器，掃描方式為連續(xù)掃描，掃描速度8°/分，狹縫DS=SS=1°，環(huán)境溫度18℃，濕度30%。XRD半定量分析結(jié)果見表1和圖3。礦物綜合分析結(jié)果顯示組成鋁土礦礦石的主要礦物包括硬水鋁石、伊利石和銳鈦礦，另外，還包括少部分高嶺石、鋯石等。

2礦物特征

電子探針研究了貫溝鋁土礦礦石中主要礦物賦存狀態(tài)以及組成特征(圖4)。電子探針?lè)治鲋凶R(shí)別出礦物包括硬水鋁石、銳鈦礦、伊利石、針鐵礦、高嶺石和鋯石。硬水鋁石是組成鋁土礦礦石的主要礦物之一;在SEM照片中，硬水鋁石呈隱晶質(zhì)結(jié)構(gòu)組成了礦石的基質(zhì)，少部分呈現(xiàn)細(xì)小的板狀、長(zhǎng)柱狀形態(tài)。硬水鋁石電子探針?lè)治鼋Y(jié)果見表2。分析結(jié)果顯示硬水鋁石中Al2O3含量為78．03%～83．94%;此外，F(xiàn)eO和TiO2含量雖然不到1%，但是普遍存在所有分析數(shù)據(jù)中，說(shuō)明硬水鋁石形成過(guò)程中元素Fe和Ti廣泛存在;另外，除了樣品Mgg－3之外，其余的分析樣品中硬水鋁石中普遍包括組分SiO2，與其余礦區(qū)硬水鋁石分析結(jié)果一致。這可能和硬水鋁石形成環(huán)境有密切關(guān)系，Mgg－3取自豆鮞狀鋁土礦層中，礦石中以鮞粒結(jié)構(gòu)為主，這些豆鮞粒形成于表生階段風(fēng)化作用階段，初期形成的硬水鋁石環(huán)境中可能是一貧硅的環(huán)境。除此之外，元素Na2O、MgO、K2O、CaO和MnO也在部分硬水鋁石晶體中廣泛存在。銳鈦礦存在兩種形態(tài):第一種是銳鈦礦晶體與硬水鋁石密切共生，分散在硬水鋁石組成的基質(zhì)中，或者和硬水鋁石礦物互相包裹，這說(shuō)明二者同期形成;第二種銳鈦礦以脈狀穿插在硬水鋁石組成的基質(zhì)中，邊界與硬水鋁石呈互溶體形式;這類型的銳鈦礦形成稍晚于硬水鋁石。典型鋁土礦礦石中銳鈦礦電子探針?lè)治鼋Y(jié)果見表3。分析結(jié)果顯示TiO2含量為95．84～99．45%。元素Al2O3、FeO和SiO2同樣普遍分布在銳鈦礦礦物中，然而樣品Mgg－3相對(duì)例外。與硬水鋁石分析結(jié)果類似，礦物元素組成的差異反映其形成環(huán)境的差異。此外，元素Na2O、MgO、K2O、CaO和MnO同樣廣泛存在部分銳鈦礦礦物中。伊利石主要以鱗片狀集合體形態(tài)組成礦石的基質(zhì)。鋯石主體分散在硬水鋁石組成的基質(zhì)中(圖4a，b)。貫溝鋁土礦典型礦石中伊利石電子探針?lè)治鼋Y(jié)果見表4。結(jié)果顯示Al2O3含量為30．39～38.23%，SiO2含量為44．30～49．02%;二者均呈現(xiàn)較大的變化范圍。除兩個(gè)主要元素外，Na2O、MgO、CaO、TiO2和FeO元素普遍存在伊利石礦物中;Na2O、MgO和CaO三者的出現(xiàn)可以解釋為類質(zhì)同象代換伊利石礦物中的元素K2O，而兩者TiO2和FeO則主要和礦物形成環(huán)境有密切的關(guān)系。此外，元素P2O5和MnO也在部分礦物晶體中發(fā)現(xiàn)。貫溝鋁土礦礦石中針鐵礦電子探針?lè)治鼋Y(jié)果見表5。針鐵礦中Fe2O3含量為73．38%～83.68%，具有較大的變化范圍。此外，Al2O3和SiO2大量存在，最高分別達(dá)5．09%和6．67%;說(shuō)明在針鐵礦形成過(guò)程中，周圍環(huán)境中大量的Al離子代換了Fe離子存在于針鐵礦中;另外TiO2也普遍分布在礦物中，含量相對(duì)Al2O3和SiO2略低。其余元素Na2O、MgO、K2O、CaO和MnO也廣泛存在針鐵礦晶體中。差熱曲線上顯示熱效應(yīng)最明顯的礦物是硬水鋁石，其次為高嶺石(圖5)。礦物吸(放)熱溫度歸屬表見表6。在500～540℃范圍，硬水鋁石中結(jié)構(gòu)水全部失去，轉(zhuǎn)變?yōu)棣粒瑼l2O3，呈現(xiàn)在差熱曲線上是在這個(gè)溫度范圍之間有一明顯的吸熱谷;硬水鋁石的吸熱峰值范圍為503～531℃，變化范圍不大，相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)硬水鋁石吸熱溫度范圍(490～580℃)和世界各地鋁土礦吸熱溫度(南非鋁土礦:532℃，希臘鋁土礦545℃)同樣偏低;這說(shuō)明貫溝鋁土礦中硬水鋁石具有較低的結(jié)晶度和細(xì)小的晶體顆粒。另外一個(gè)明顯的峰值是高嶺石的放熱峰，高嶺石通常在550℃左右有一吸熱峰，釋放結(jié)構(gòu)水，但是該峰值在研究礦石樣品中不明顯;在980℃左右放熱發(fā)生一相轉(zhuǎn)變，礦石中高嶺石放熱峰值范圍為980～1049℃，略顯偏高;其中，樣品Mgg－9和Mgg－14中放熱峰非常寬緩，體現(xiàn)高嶺石晶體結(jié)晶程度較差。

礦物成因

最重要的一個(gè)特征為鋁土礦底板奧陶系碳酸鹽巖并沒(méi)有變質(zhì)跡象。同時(shí)，硬水鋁石主體呈隱晶質(zhì)與銳鈦礦密切共生。上述特征指示貫溝鋁土礦礦石中硬水鋁石主要為簡(jiǎn)單的成巖結(jié)晶成因。鈦的氧化物在風(fēng)化作用形成的，各種地質(zhì)體中普遍存在。在貫溝鋁土礦中主要存在的鈦的氧化物為銳鈦礦。銳鈦礦的生成條件及范圍較狹窄，只有在TiO2供應(yīng)充分、低溫低壓及弱堿性的環(huán)境下才能形成;貫溝鋁土礦礦石中的銳鈦礦和硬水鋁石共生，互相包含和穿插，反應(yīng)大量的銳鈦礦是成礦期/成巖期結(jié)晶形成。目前，對(duì)風(fēng)化作用中形成的伊利石的成因觀點(diǎn)是:伊利石主要由云母轉(zhuǎn)化而形成該過(guò)程中礦物結(jié)構(gòu)并沒(méi)有明顯改變。